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原文传递直线电机轮轨交通系统车辆-道岔空间耦合动力学特性的研究

论文题名：	直线电机轮轨交通系统车辆-道岔空间耦合动力学特性的研究
关键词：	直线电机;轮轨交通系统;道岔空间耦合模型;动力响应;气隙控制
摘要：	直线电机轮轨交通系统是一种新型的轨道交通模式，代表了轨道交通一个重要的发展方向，具有广泛的应用前景。由于具有良好的爬坡能力、适应小半径曲线通过的能力，在日本、加拿大、美国、马来西亚、中国等国得到了较好的应用。尽管各国在直线电机选型、车辆-轨道空间耦合动力学等方面做了大量的工作，但在直线电机轮轨交通系统车辆-道岔空间耦合动力学方面尚未进行系统的研究。直线电机轮轨交通系统道岔与传统轮轨系统道俞在受力特性上存在较大的差异，因此研究道岔与直线电机系统的相互适应性具有重要的意义。本文以城市轨道交通常用的9号可动心轨道岔为例，基于直线电机轮轨交通系统的特点，建立了直线电机车辆-道岔空间耦合动力学分析模型。该模型包括直线电机车辆动力学模型、道岔系统空间动力学模型、道岔区动态轮轨接触关系模型、道岔区直线电机与感应板电磁作用模型等。在该系统模型中，综合考虑了车体、转向架、轮对、直线电机、钢轨以及感应板等结构的参振，其中道岔模型中考虑了转辙器、连接部分、辙叉等道岔结构的振动，尖轨和可动心轨的截面变化，间隔铁与顶铁处力的传递等；其中道岔区直线电机与感应板电磁作用模型中考虑了道岔区感应板结构不连续的影响。在采用广义能量变分原理和有限元理论的基础上，建立了直线电机轮轨交通系统车辆-道岔空间耦合动力学振动微分方程组。本文采用Newmark方法，采用Fortran语言自主开发了仿真计算程序LVTSDSS并对耦合系统的振动特性进行了研究。为了保证仿真计算的精度和稳定性，本文对积分步长等参数进行了数值试验，得到了合理的取值范围。通过与既有分析模型的对比，验证了本文所建立的直线电机车辆-道岔动力学模型的可行性，验证了参数的可靠性、程序的合理性。并且就直线电机轮轨交通系统相对于传统轮轨系统的动力学性能的特殊性、研究的必要性进行了分析。在此基础上，本文针对直线电机轮轨交通系统车辆-道岔空间耦合动力学模型，研究了直线电机车辆侧向、直向通过道岔系统时，车辆和道岔系统的振动特性；研究了直线电机轮轨交通系统主要车辆设计参数（如速度、轴重以及直线电机悬挂方式等）及主要的轨道设计参数（如轨下刚度的影响、道岔区感应板的布置等）的动力影响规律。利用该模型，针对车辆运行的平稳性、舒适性、安全性的要求，对直线电机与道岔系统的相互适应性，直线电机轮轨交通系统的合理、有效控制振动的措施进行深入研究，在此基础上，就直线电机轮轨交通系统道岔的设计、施工及养护维修提出合理的建议。本文的研究将为直线电机轮轨交通系统在中国的发展、直线电机轮轨交通系统道岔的设计以及气隙控制技术、振动控制技术具有重要的参考价值。
作者：	廖利
专业：	道路与铁道工程
导师：	魏庆朝;高亮
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文